Eksperimen: Bagaimana kedalaman cecair mempengaruhi tekanan

Tujuan

Menyiasat hubungan antara kedalaman di bawah permukaan cecair dan tekanan pada kedalaman itu.

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Kedalaman di bawah permukaan cecair, h
• Bergerak balas: Tekanan, ditunjukkan oleh perbezaan tinggi dalam manometer, H
• Dimalarkan: Cecair yang sama (ketumpatan yang sama)

Radas & bahan

• Bekas tinggi atau silinder penyukat berisi air
• Corong tisel dengan membran getah nipis
• Manometer tiub-U
• Tiub getah
• Pembaris
• Kaki retort

Prosedur

1. Isikan bekas tinggi dengan air dan sambungkan corong tisel bermembran ke manometer tiub-U dengan tiub getah.
2. Turunkan corong supaya membrannya berada pada kedalaman h = 5.0 cm di bawah permukaan air.
3. Rekod perbezaan tinggi H antara dua aras cecair manometer.
4. Kekalkan membran menghadap arah yang sama dan tambah kedalaman kepada h = 10.0, 15.0, 20.0 dan 25.0 cm.
5. Rekod perbezaan tinggi manometer H pada setiap kedalaman.

Menjadualkan keputusan

Rekod kedalaman h dalam cm dan perbezaan tinggi manometer H dalam cm (yang mewakili tekanan). Kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.

Graf

Plot H (tekanan, paksi-y) melawan kedalaman h (paksi-x). Garis lurus melalui asalan menunjukkan tekanan berkadar terus dengan kedalaman.

Analisis

Tekanan dalam cecair diberi oleh P = hρg, jadi ia bertambah berkadar terus dengan kedalaman. Memusing membran ke arah berbeza pada kedalaman yang sama menunjukkan tekanan bertindak sama ke semua arah.

Tekanan · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Data contoh, dengan beza tinggi manometer air H sebagai ukuran tekanan pada membran:

• Kedalaman h = 5.0 cm, beza manometer H = 4.5 cm
• h = 10.0 cm, H = 9.0 cm
• h = 15.0 cm, H = 13.5 cm
• h = 20.0 cm, H = 18.0 cm
• h = 25.0 cm, H = 22.5 cm

Apabila kedalaman menjadi dua kali ganda, beza manometer turut menjadi dua kali ganda, jadi tekanan ialah gandaan tetap bagi kedalaman. Ini menunjukkan tekanan dalam cecair bertambah berkadar terus dengan kedalaman di bawah permukaan.

Jika membran dipusing menghala ke sisi, ke atas dan ke bawah pada kedalaman yang sama, H kekal sama, menunjukkan tekanan pada satu titik bertindak sama rata ke semua arah.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot beza manometer H (tekanan, paksi-y) melawan kedalaman h (paksi-x). Titik-titik memberi garis lurus melalui asalan, mengesahkan tekanan berkadar terus dengan kedalaman.

Cari kecerunan dengan segi tiga besar pada garis penyuaian terbaik, menggunakan (5.0 cm, 4.5 cm) dan (25.0 cm, 22.5 cm):

kecerunan = ΔH ÷ Δh = (22.5 − 4.5) cm ÷ (25.0 − 5.0) cm = 18.0 cm ÷ 20.0 cm = 0.90 (tiada unit)

Kecerunan tiada unit kerana kedua-dua paksi ialah panjang. Nilainya malar, dan inilah yang mengesahkan hubungan berkadar P = hρg: tekanan bergantung hanya pada kedalaman h, ketumpatan cecair ρ dan g, yang semuanya tetap di sini kecuali kedalaman.

Garis melalui asalan bermaksud tiada tekanan tambahan pada permukaan.

Markah yang diperhati pemeriksa

Untuk markah amali: ukur kedalaman h ke pusat membran setiap kali, baca kedua-dua aras manometer pada aras mata untuk mengelakkan paralaks, dan pastikan tiub getah tiada kebocoran udara sebelum bermula.

Untuk markah kemahiran proses sains Kertas 3, kenal pasti pemboleh ubah: pemboleh ubah dimanipulasi ialah kedalaman h, pemboleh ubah bergerak balas ialah tekanan yang ditunjukkan oleh beza manometer H, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah cecair yang sama supaya ketumpatan kekal malar. Jadualkan h dan H dalam cm dengan tajuk dan unit bagi setiap lajur serta tempat perpuluhan yang konsisten.

Plot pada skala sekata, lukis satu garis penyuaian terbaik yang nipis, dan tunjukkan segi tiga kecerunan berserta koordinatnya. Kesimpulan hendaklah menyatakan tekanan berkadar terus dengan kedalaman, dan anda boleh menambah bahawa memusing membran menunjukkan tekanan bertindak sama rata ke semua arah pada kedalaman tertentu.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)